Klangbild und Sound

Klangliche Innovationen im 20. Jahrhundert / neue Klangfarben

Mechanisch-elektrische Klangerzeugung

Bei der mechanisch-elektrischen Klangerzeugung wird ein Klang durch die Kombination von mechanischen und von elektronischen Bauteilen erzeugt. Man spricht daher bei den entstandenen Geräten auch von elektromechanischen Musikinstrumenten. Die Ausgangsschwingung wird dabei mechanisch erzeugt. Die elektronischen Bauteile übernehmen in einem zweiten Schritt die akkustische Abnahme / Verarbeitung und Verstärkung dieser Ausgangsschwingung.

Die E-Gitarre

Bei der E-Gitarre wird der Ton zunächst von den Gitarrensaiten erzeugt. Dieser wäre aber unverstärkt viel zu leise. Bei klassischen (Holz-)Gitarren wirkt der Korpus, welcher innen hohl ist und als Schallkörper wirkt, verstärkend, bei der E-Gitarre muss die von den Gitarrensaiten erzeugte Schwingung erst noch verstärkt werden.

Dies gelingt durch den Einsatz von Tonabnehmern, die die Schwingung der Gitarrensaiten in Wechselspannung umwandeln können. Tonabnehmer einer Gitarre Dabei wird auf je eine Saite der Gitarre ein Permanentmagnet von unten ausgerichtet, der von sehr dünnem Kupferlackdraht umwickelt ist. Die von dem Tonabnehmer erzeugte Wechselspannung kann dann in einem nächsten Schritt durch einen Gitarrenverstärker ordentlich hörbar gemacht werden. Da dieses Prinzip nur unter der Voraussetzung funktioniert dass die Schwingung der Saite von einem Magneten abgetastet werden kann, muss die Saite selbst aus magnetischem Material sein, beispielsweise Nickel. Eine E-Gitarre würde also niemals mit den Saiten einer klassischen Gitarre funktionieren, da diese aus nicht-magnetischem Material (Nylon) bestehen. E-Bässe funktionieren nach dem gleichen Prinzip und unterscheiden sich nur durch die Dicke und Anzahl der Saiten auf Standardinstrumenten - Die meisten E-Bässe besitzen 4, die meisten E-Gitarren 6 Saiten.

Hörbeispiel E-Gitarre

Alle hier vorgestellten elektromechanischen Musikinstrumente folgen dem gleichen physikalischen Prinzip, wenn es um die Tonabnahme geht: Induktion

Bei der Induktion wird eine Spule um einen Permanentmagneten gewickelt, deren Anfang und Ende an den Verstärker weitergeleitet wird. Wenn nun über dem Magneten sich etwas bewegt, das von einem Magneten angezogen werden kann (Stahl, Kupfer, ...), dann werden Elektronen in der Spule dabei hin- und hergeschoben. Die dabei entstehende Kraft wird auch Lorenzkraft genannt. Die so erzeugte Schwinung wird durch Verstärkung und Weiterleitung an einen Lautsprecher hörbar gemacht.

Die Hammond-Orgel

Bei der Hammond-Orgel handelt es sich um ein Musikinstrument, das von Laurens Hammond 1935 erfunden wurde. Die Orgel ist zweimanualig, besitzt einen Fußbass und sollte ursprünglich als transportableren Ersatz für eine Kirchenorgel eingesetzt werden. Das Musikinstrument folgt einem ähnlichen Prinzip wie dem der E-Gitarre.

Auch hier werden mechanisch erzeugte Ausgangsschwingungen mit einem von Draht umwickelten Permanentmagneten in Wechselspannung umgewandelt. Im Unterschied zur Gitarre wird die Schwingung jedoch nicht von einer Saite erzeugt, sondern von einem sich permanent drehendem Rad aus Stahl. Innerhalb des sich drehenden Rades sind kleine Einkerbungen, sodass sich die Entfernung des Rades zu dem Permanentmagneten periodisch ändert. Dadurch wird eine Schwingung erzeugt, die, genauso wie bei der Gitarre, in einem weiteren Schritt verstärkt werden kann. Die Hammond-Orgel ist sowohl von der Größe als auch von dem Gewicht ein nicht zu unterschätzender Begleiter eines Musikers. Diese massive Bauweise ist unter anderem durch ihre Funktionsweise bedingt. Jeder einzelner zu erzeugender Ton braucht ein Rad, das gemäß der zu erreichenden Schwingung mit der passenden Anzahl von Einkerbungen versehen sein muss. Wenn beispielsweise der Ton A' bei 440Hz erreicht werden soll, dann bedeutet das, dass das betreffende Rad innerhalb einer Sekunde 440 Schwingungsperioden erzeugen muss. Dies kann entweder über die Anpassung der Drehgeschwindigkeit des Rades oder der Anpassung der Anzahl der Einkerbungen geschehen. Da alle Räder gemeinsam durch einen Motor angetrieben werden, kann die Anpassung nur durch die Anzahl der Einkerbungen passieren.

Hörbeispiel Hammond-Orgel

Das Fender Rhodes - Ein elektromechanisches E-Piano

Das Fender Rhodes ist ein elektromechanisches E-Piano, das in den 1960er Jahren von Harold Rhodes entwickelt wurde. Die Stimmerzeugung hat nichts mit den heutigen modernen E-Pianos zu tun. In dem Instrument befinden sich kleine Stimmgabeln, die von den Tasten des Instruments über einen Mechanismus mit einem Gummifuß angeschlagen werden. Der so erzeugte Ton hört sich unverstärkt so ähnlich wie ein Glockenspiel an. Zur Tonabnahme kommen abermals pro Ton ein Permanentmagnet und eine Spule zum Einsatz. Die erzeugte Wechselspannung wird ebenfalls durch eine interne Einheit verstärkt. Wie die Hammond-Orgel wird das Instrument gerne im Jazz eingesetzt und gehört zu dem populärsten Vertreter innerhalb der Welt der elektromagnetischen E-Pianos.

Hörbeispiel Fender Rhodes

Generierung synthetischer Klänge

Das Trautonium

Das Trautonium ist ein von Friedrich Trautwein im Jahre 1930 konstruiertes Musikinstrument. Als Ende der 1920er Jahre das Radio seine Verbreitung in Mitteleuropa fand, wünschten sich viele Funkbegeisterte einen Weg der direkten Übertragung von Musik bei der der Umweg über das Mikrofon wegfallen sollte. Die Qualität der Mikrofone war zu dieser Zeit nämlich mehrheitlich schlecht. Angetrieben von diesem Gedanken entwickelte Friedrich Trautwein das Trautonium. Im Gegensatz zu den elektromechanischen Musikinstrumenten nutzte Trautwein nicht mehr eine mechanische, sondern eine rein elektronische Stimmerzeugung. Ihm dienten dazu Glimmlampen, deren erzeuge Schwingung den typischen Trautonium-Sound ergeben. Der Erfinder nutzte also keine elektronische Schaltung die ausschließlich dem Erzeugen eines Tones diente, sondern Schwingungen, die durch Lampen erzeugt wurden, und machte diese in einem weiteren Schritt durch einen Verstärker hörbar. Damit kann das Trautonium als ein Vorläufer des (analogen) Synthesizers gelten. Eine Besonderheit stellt die Spielweise des Trautoniums dar. Statt einer Klaviatur kommt mindestens ein Bandmanual zum Einsatz, das berührungsempfindlich ist. Das Instrument ist daher stufenlos spielbar, und kann auch z.B. Vierteltöne wiedergeben. Die Spielsweise erinnert an das Greifen von den Saiten einer Geige, wobei über den Bandmanual Metallzungen montiert sind, die dem Spieler helfen, die richtigen Töne zu treffen. Mit den beiden Fußpedalen kann der Klang des Instruments über eingebaute Filter variiert werden. Das Instrument fand große Beachtung bei dem Komponisten Hindemith der einige Stücke für Trautonium schrieb.

Beispielvideo zum Trautonium: Oskar Sala spielt ein sogenanntes Mixtur-Trautonium

Der Synthesizer

Bei einem Synthesizer handelt es sich um ein Musikinstrument, das Klänge und Geräusche synthetisch produzieren kann. Jeder Synthesizer braucht mindestens einen Oszillator (auch OSC oder VCO genannt), da dieses Instrument mindestens einen Tongenerator benötigt. Kein Oszillator, kein Geräusch/Ton. In beinahe allen analogen wie digitalen Synthesizern - dort sind die Oszillatoren programmiert - kommt mehr als ein Oszillator zum Einsatz. Bei einem Oszillator handelt es sich grundsätzlich um einen Tongenerator, der Schwingungen erzeugt. Diese können unterschiedliche Wellenformen haben. Die vier wichtigsten siehst du auf der rechten Seite neben diesem Text. Man kann sie erkennen, wenn man den Oszillator an ein Oszilloskop schließt. Der Oszillator stellt das wichtigste Bauteil des Synthesizers dar. Setzt man diesen elektronischen Schwingkreis unter Strom, so fängt er sofort an, auf einer bestimmten Frequenz zu schwingen. In den meisten analogen Synthesizern kommt ein sog. VCO (steht für "voltage controlled oscillator") zum Einsatz. Die Besonderheit an diesem Bauteil ist, dass sich die Tonfrequenz mit der Steuerspannung (= "voltage" = Stromspannung) ändert. Das bedeutet, dass wenn der Oszillator mit mehr Spannung angesteuert wird, sich auch die Tonfrequenz und damit der resultierende Ton erhöht (ugs. 'mehr Strom auf dem Oszillator bedeutet höherer Ton'). Praktisch lassen sich mit einem Oszillator alle möglichen Frequenzen, und damit alle möglichen Töne auf einer beliebigen Tonhöhe erzeugen. Normalerweise kommen neben dem Oszillator in einem Synthesizer mehrere sogenannte Modulatoren zum Einsatz. Das sind zusätzliche elektronische Bauteile, die den eigentlichen Oszillatorklang verändern können. In der Folge kann ein Synthesizer Töne erzeugen, die an echte Blas- Streich- oder Schlaginstrumente erinnern. Wie bei allen synthetischen Klangerzeugern muss auch der Synthesizer verstärkt werden.

Wusstest Du, dass auch Herr Petri in seiner Freizeit gerne elektronische Musik macht? Er benutzt dazu hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, analoge Synthesizer. Ein Freund von ihm konzentriert sich auf Drumsynthesizer, also auf die Schlagzeuginstrumente, während er für die Melodien und Akkorde zuständig ist. Zusammen nennen die beiden sich "Analogbrett". Die beiden konzentrieren sich vor allem auf tanzbare elektronische Musik, die auch Electronic Dance Music (EDM) genannt wird. Vielleicht gefällt es Dir ja sogar!

Hörbeispiel EDM: Analogbrett

Samplingverfahren / Digitalisierung

Samples

"Sample" (engl.) bedeutet übersetzt "Stichprobe". Innerhalb der Musik wird damit ein kurzer Ausschnitt aus einer digitalisierten Tonaufnahme bezeichnet. Dabei kann es sich um Passagen aus einem Musikstück oder auch z.B. einem einzelnen von einem Musikinstrument erzeugten Ton oder einen Klangausschnitt handeln.

Montage und Zuordnung der Samples

Wenn Samples durch Herausschneiden aus einer Tonaufnahme erzeugt worden sind, können sie in einem neuen Musikstück zum Einsatz kommen. Dazu werden sogenannte Sampler eingesetzt. Diese sind in der Lage, sowohl einzelne Samples z.B. einzelnen Klaviertasten zuzuordnen, als auch ein Sample mehreren Klaviertasten zuzuordnen, und je nach Klaviertaste die Tonhöhe des Samples zu erhöhen, oder zu erniedrigen. Diese Erhöhung und Erniedrigung eines ursprünglichen Klangs wird auch Pitching genannt. Praktisch heißt dies folgendes: Mit Pitching ist es möglich, ein Sample des Gitarrentons A' mit einem Sampler der Klaviertaste A' zuzuordnen, und allen übrigen Tasten ein erhöhtes/erniedrigtes Sample von dem ursprünglichen Gitarrenton-Sample zuzuordnen. Drückt man die Klaviertaste B', dann ertönt über den Sampler das ursprüngliche Gitarrenton-Sample einen Halbton höher. Statt Klaviertasten werden in Samplern übrigens auch gerne Pads benutzt. Das sind viereckige druckempfindliche Schaltflächen, die bei Betätigung das jeweilige Sample wiedergeben.

MIDI

Bei MIDI (="Musical Instrument Digital Interface") handelt es sich um eine digitale Schnittstelle für Musikinstrumente, die 1983 erfunden wurde. Diese ermöglicht, dass z.B. ein MIDI-Keyboard das an einen Synthesizer angeschlossen wird, diesen auch tatsächlich bespielen kann. Dahinter steht ein Protokoll, das MIDI-Protokoll, das genau festlegt, wie Informationen (welcher Ton, welche Tonstärke, usw.) übertragen werden sollen. Beispielsweise hat der Ton G'' ("Zweigestrichenes G") den Wert 55. Immer wenn der Ton G'' auf einem MIDI-Keyboard gespielt wird, sorgt das MIDI-Protokoll dafür, dass der Wert 55 über die MIDI-Schnittstelle an den Synthesizer übertragen wird. Das MIDI-Protokoll ist also quasi die Anleitung, wie mit Informationen die von der Klaviatur kommen, umgegangen werden soll. Es gibt neben MIDI-Keyboards aber noch viele andere Geräte, die eine MIDI-Schnittstelle besitzen und das MIDI-Protokoll beherrschen. Heutzutage lassen sich Computer sehr einfach mit MIDI nachrüsten, sodass auch abgespeicherte MIDI-Dateien einfach an einen Synthesizer (oder ein anderes MIDI-fähiges Gerät) gesendet und abgespielt werden können.

Wenn Keyboards und Synthesizer denken und sprechen könnten, sähe das dann vielleicht so aus:

Quellen:

• Martin Koch: E-Gitarrenbau. 1999, S. 29.
• Bernd Enders: Lexikon Musikelektronik. 1997, Mainz, S. 120f.
• André Ruschowski: Elektronische Klänge und musikalische Entdeckungen. 2010, Stuttgart, S. 56-66.